1、第四章 機床夾具原理與設計 夾具概述： 機床夾具是機床上用以裝夾工件（和 引導刀具）的一種裝置。其作用是將工件 定位，以使工件獲得相對的于機床和刀具 的正確位置，并把工件可靠地夾緊。 2 p基準基準 u零件上用以確定其它點、線、面位置所依據的那些點、零件上用以確定其它點、線、面位置所依據的那些點、 線、面。線、面。 u設計基準設計基準 n零件圖上用以確定點、線、面位置的基準。零件圖上用以確定點、線、面位置的基準。 u定位基準定位基準 n零件加工、測量和裝配過程中使用的基準。分為工零件加工、測量和裝配過程中使用的基準。分為工 序基準、定位基準、度量基準和裝配基準。序基準、定位基準、度量基準和裝配

2、基準。 第二節 工件在夾具中的定位 3 p基準基準（續）（續） u設計基準設計基準 n零件圖上用以確定點、線、面位置的基準。零件圖上用以確定點、線、面位置的基準。 u定位基準定位基準 n零件加工、測量和裝配過程中使用的基準。分為工序基準、定零件加工、測量和裝配過程中使用的基準。分為工序基準、定 位基準、度量基準和裝配基準。位基準、度量基準和裝配基準。 u幾點注意：幾點注意： n作為基準的點、線、面在工件上不一定存在，而常常由基準面作為基準的點、線、面在工件上不一定存在，而常常由基準面 來體現；來體現； n基準可以是沒有面積的點或線，但基準面一定是有面積的；基準可以是沒有面積的點或線，但基準面一

3、定是有面積的； n基準包含尺寸之間的聯系和位置之間的關系（如平行度、垂直基準包含尺寸之間的聯系和位置之間的關系（如平行度、垂直 度等）。度等）。 第二節 工件在夾具中的定位 4 裝夾的基本概念裝夾的基本概念 裝夾：裝夾：將工件安放在機床上或夾具上進行將工件安放在機床上或夾具上進行定位和定位和 夾夾緊的操緊的操 作過程。作過程。 定位：定位：使一批工件在機床上或夾具上相對于刀具使一批工件在機床上或夾具上相對于刀具處在正確的處在正確的 加工位置加工位置的操作過程。的操作過程。 夾緊：夾緊：工件在夾具中定位后，將其壓緊、夾牢，使工件在加工件在夾具中定位后，將其壓緊、夾牢，使工件在加 工過程中，工過程

4、中，始終保持定位時所取得的正確加工位置始終保持定位時所取得的正確加工位置。 夾緊的作用夾緊的作用：保持工件在夾具中由定位所獲得的正確加工位保持工件在夾具中由定位所獲得的正確加工位 置置，使工件在加工時不至于由于切削力等外力作用而破使工件在加工時不至于由于切削力等外力作用而破 壞已取得的正確定位。壞已取得的正確定位。 第二節 工件在夾具中的定位 5 工件定位目的：工件定位目的：使同批工件在機床或夾具上有使同批工件在機床或夾具上有 正確的加工位置。正確的加工位置。 用夾具定位用夾具定位涉及到三層關系：涉及到三層關系：（1）工件在夾具）工件在夾具 上的定位；（上的定位；（2）夾具相對于機床的定位；（

5、）夾具相對于機床的定位；（3）工）工 件相對于機床的定位件相對于機床的定位間接通過夾具來保證的。間接通過夾具來保證的。 本節主要討論本節主要討論工件在夾具上的定位原理工件在夾具上的定位原理。 工件定位以后必須通過一定的裝置產生夾緊力，工件定位以后必須通過一定的裝置產生夾緊力， 使工件保持在準確的位置上。這種產生夾緊力的裝使工件保持在準確的位置上。這種產生夾緊力的裝 置就是置就是夾緊裝置夾緊裝置。 第二節 工件在夾具中的定位 6 六點定位原理六點定位原理 l一個自由的物體，它對三個相互垂直的坐標系來說，有 六個活動可能性，其中三種是移動，三種是轉動。習慣上 把這種活動的可能性稱為自由度自由度，因

6、此空間任一自由物體 共有六個自由度。 7 采用六個按一定規則布置的支承點，限制工件的六個自由采用六個按一定規則布置的支承點，限制工件的六個自由 度，使工件在機床或夾具中占有正確的位置。度，使工件在機床或夾具中占有正確的位置。 六點定位原理六點定位原理 第二節 工件在夾具中的定位 “六點定位”的注意問題 定位就是限制自由度，通常用合理布置 定位支承點的方法來限制工件的自由度。 定位支承點限制工件自由度的作用，應 理解為定位支承點與工件定位基準面始終 保持緊貼接觸。若二者脫離，則意味著失 去定位作用。 一個定位支承點僅限制一個自由度，一 個工件僅有六個自由度，所設置的定位支 承點數目，原則上不應超

7、過六個。 第二節 工件在夾具中的定位 分析定位支承點的定位作用時，不考慮 力的影響，定位和夾緊是兩個概念，不 能混淆：工件的某一自由度被限制，是 指工件在這一方向上有確定的位置，并 非指工件在受到使其脫離定位支承點的 外力時，不能運動，即夾緊。 定位支承點是由定位元件抽象而來的， 在夾具中，定位支承點總是通過具體的 定位元件體現。 10 六點定位原理六點定位原理舉例舉例 在在XOY平面內布置了平面內布置了3個支承點，工件被限制的自由度為個支承點，工件被限制的自由度為 三個：三個： 、 、Z X Y 圖： 六點定位原理 在在XOZXOZ平面內布置了平面內布置了2 2 個支承點，工件被限個支承點，

8、工件被限 制的自由度為二個：制的自由度為二個： ; ; 在在YOZYOZ平面內布置了平面內布置了1 1 個支承點，工件被限個支承點，工件被限 制的自由度為一個：制的自由度為一個： 。 、Y Z X 1 23 4 5 6 X Z 支支承承元元 件件 Y 11 必須限制的自由度分析必須限制的自由度分析 舉例舉例1：在長方形工件毛坯上，用銑刀銑槽、銑臺階面和在長方形工件毛坯上，用銑刀銑槽、銑臺階面和 銑平面。試分析必須限制的自由度有哪些？允許不限制銑平面。試分析必須限制的自由度有哪些？允許不限制 的自由度又有哪些？（如下圖舉例的自由度又有哪些？（如下圖舉例1所示）所示） X 12 必須限制的自由度分

9、析必須限制的自由度分析 、 、X Y Z 舉例舉例2：如上右圖所示，在如上右圖所示，在 球體的中心加工一個不透孔，球體的中心加工一個不透孔， 試分析必須限制的自由度有哪試分析必須限制的自由度有哪 些？允許不限制的自由度又有些？允許不限制的自由度又有 哪些？哪些？ 解：解：由于加工的孔必須位于由于加工的孔必須位于 球的中心，孔還有深度要求，球的中心，孔還有深度要求， 故：故：必須限制的自由為：必須限制的自由為： （其余的三個自由度允許不限制，它（其余的三個自由度允許不限制，它 們并不影響孔的加工精度。）們并不影響孔的加工精度。） 第二節 工件在夾具中的定位 完全定位與不完全定位 1)完全定位：工

10、件的六個自由度完全被限制 的定位。 第二節 工件在夾具中的定位 2)不完全定位：按加工要求，允許有一個或 幾個自由度不被限制的定位。不完全定位 是合理的定位方式，在實際生產中，工件 被限制的自由度數一般不少于三個。 第二節 工件在夾具中的定位 欠定位與過定位 1)欠定位：按工序的加工要求，工件應該限 制的自由度而未予限制的定位。欠定位是 絕對不允許的。 第二節 工件在夾具中的定位 2)過定位：工件的同一自由度被二個或二個 以上的支承點重復限制的定位。可能造成工 件的定位誤差，或者造成部分工件裝不進夾 具的情況。過定位不是絕對不允許，要由具 體情況決定。 第二節 工件在夾具中的定位 消除過定位及

11、其干涉的兩種途徑： a)改變定位元件的結構，以消除被重復限制 的自由度。 b)提高工件定位基面之間及定位元件工作表 面之間的位置精度，以減小或消除過定位 引起的干涉。 小結小結: : 第四種第四種: :欠定位欠定位 第一種第一種: :完全定位完全定位 第三種第三種: :過定位過定位 第二種第二種: :不完全定位或準定位不完全定位或準定位 盡量避免! 第二節 工件在夾具中的定位 三.常見的定位方式和定位元件 定位元件的設計應滿足下列要求： 要有與工件相適應的精度； 要有足夠的剛度，不允許受力后發生變形； 要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一 般多采用低碳鋼滲碳淬火或中碳鋼淬火， 硬度為58 62

12、HRC。 第二節 工件在夾具中的定位 典型表面的定位方法 工件的定位表面有各種形式，如平面、 外圓、內孔等，對于這些表面，總是采用一 定結構的定位元件。常見的定位方法有：平 面定位、圓孔定位、外圓柱面定位、組合表 面定位。 21 以工件外圓定位以工件外圓定位 V形塊形塊 用用V V形塊定位，工件的定位基準始終處在形塊定位，工件的定位基準始終處在V V形塊兩定位形塊兩定位 面的對稱面中，面的對稱面中，對中性好對中性好。 結構尺寸已標準化，斜面夾角有結構尺寸已標準化，斜面夾角有60609090120120 如下圖所示：如下圖所示： 長長V形塊定位限制工件四個自由度：形塊定位限制工件四個自由度： 短

13、短V形塊定位限制工件二個自由度：形塊定位限制工件二個自由度： 、 、 、X Y X Y 、X Y 22 V形塊定位形塊定位 23 活動活動V V形塊的應用形塊的應用 24 用定位套定位用定位套定位 、 、 、X Z X Z 長定位套長定位套限制工件四個自由度：限制工件四個自由度： 短定位套短定位套限制工件二個自由度：限制工件二個自由度： 、X Z 定位套限制的自由度：定位套限制的自由度： 25 半圓定位座半圓定位座 常用于大型工件的定位，其定位原理與定位套相同。常用于大型工件的定位，其定位原理與定位套相同。 外圓定心夾緊機構 在實現定心的同時，能將工件夾緊的機構，稱為定心夾緊 機構，如三爪自定

14、心卡盤、彈簧夾頭等。 彈簧夾頭的速度是有彈性的，如果工件尺寸是一致的， 彈簧夾頭的速度會更快。如果工件尺寸的變化大，可 能需要采用卡爪卡盤以適應尺寸范圍寬的加工工件。 27 三爪卡盤三爪卡盤 用三爪卡盤定位的定位分析，用三爪卡盤定位的定位分析，主要看工件的定位表面主要看工件的定位表面 與三爪卡盤的相對長度的多少：與三爪卡盤的相對長度的多少： 、 、 、X Y X Y 當相對夾持長度長時，限制工件四個自由度：當相對夾持長度長時，限制工件四個自由度： 當相對夾持長度短時，限制工件二個自由度：當相對夾持長度短時，限制工件二個自由度： 、X Y 生產中常采用 在三爪與工件 之間設置一鋼 絲圓環，以減

15、少相對夾持長 度。 28 以工件內孔定位以工件內孔定位 定位銷定位銷 分固定式和可換式，圓柱銷和菱形銷分固定式和可換式，圓柱銷和菱形銷 定位銷頭部應做出倒角或圓角，以便于裝入工件定 位孔。主要用于直徑小于50mm的中小孔定位。 29 定位銷定位 定位銷定位限制的自由度：定位銷定位限制的自由度： 、X Y 短銷定位僅限制工件二個自由度：短銷定位僅限制工件二個自由度： 長銷定位限制工件四個自由度：長銷定位限制工件四個自由度： 、 、 、X YX Y 圖圖2 228 28 定位銷定位定位銷定位 30 圓錐銷圓錐銷 圓錐銷常圓錐銷常 用于工件孔端用于工件孔端 的定位，的定位，可限可限 制三個平動自制三

16、個平動自 由度由度。 31 定位心軸定位心軸 定位心軸定位心軸 主要用于盤套類零件的主要用于盤套類零件的 定位：定位： a)圖所示，為帶臺階面圖所示，為帶臺階面 的定位心軸：限制的定位心軸：限制5個個自由自由 度。度。 b)圖所示心軸限制工件圖所示心軸限制工件 4個個自由度。自由度。 32 大錐度心軸定位大錐度心軸定位 大錐度心軸定位限制工件五個自由度：大錐度心軸定位限制工件五個自由度： YXZYX 、 大錐度心軸定位大錐度心軸定位 33 雙頂尖定位雙頂尖定位 、 、X Y Z 固定頂尖限制工件固定頂尖限制工件3 3個個自由度：自由度： 活頂尖限制工件活頂尖限制工件2 2個個自由度：自由度：

17、、X Y 圖： 雙頂尖定位 第二節 工件在夾具中的定位 1.工件以平面定位 概念：在機械加工中，利用工件上的一個 或幾個平面作為定位基面來定位工件的方 式，稱為平面定位。 定位元件：固定支承、可調支承和自位支 承。 第二節 工件在夾具中的定位 (1)固定支承：包括固定支承釘、固定支承 板。 固定支承釘 第二節 工件在夾具中的定位 固定支承板 固定支承板多用于工件上已加工表面的 定位，有時可用一塊支承板代替兩個支承釘。 左圖A型結構簡單，但埋頭螺釘處易堆積切 屑，故用于工件側面或頂面定位。而右圖B 型支承板可克服這一缺點，主要用于工件的 底面定位。 第二節 工件在夾具中的定位 (2)可調支承 可

18、調支承是頂端位置可在一定高度范圍 內調整的支承。多用于未加工平面的定位， 以調節和補償各批毛坯尺寸的誤差，一般每 批毛坯調 整一次。 第二節 工件在夾具中的定位 (3)自位支承 支承本身的位置在定位過程中，能自動適應 工件定位基準面位置變化的一類支承。自位支承 能增加與工件定位面的接觸點數目，使單位面積 壓力減小，故多 用于剛度不足的 毛坯表面或不連 續的平面的定位。 第二節 工件在夾具中的定位 (4)輔助支承 在生產中，有時為了提高工件的剛度和定位 穩定性，常采用輔助支承。如圖所示階梯零件， 當用平面1定位銑平面2時，于工件右部底面增設 輔助支承3，可避免加工過程中工件的變形。 第二節 工件

19、在夾具中的定位 2.工件以圓孔定位 有些工件，如套筒、法蘭盤、撥叉等 以孔作為定位基準，此時采用的定位元件 有定位銷、定位心軸等。 第二節 工件在夾具中的定位 (3)定位心軸 心軸定心精度高，但裝卸費時，有時易損傷工件 孔，多用于定心精度要求高的情況。定位時，工 件楔緊在心軸上，多用于車或磨同軸度要求高的 盤類零件，小錐度 心軸實際上起不到 定位的作用。 第二節 工件在夾具中的定位 3.工件以外圓柱面定位 工件以外圓柱面定位在生產中是常見 的，如軸套類零件等。常用的定位元件有V 形塊、定位套、半圓定位座。 第二節 工件在夾具中的定位 (1)V形塊 V形塊是用得最廣泛的外圓表面定位元件。 第二節

20、 工件在夾具中的定位 在V形塊上定位時，工件具有自動對中作用。 D標準心軸直徑，即工件定位用外圓直徑 (mm); HV形塊高度(mm); NV形塊的開口尺寸 (mm); T對標準心軸而言，V形塊的標準高度， V形塊兩工作平面間的夾角。 2sin2tan 22 DH TH 設計V形塊時T 值的計算： 第二節 工件在夾具中的定位 (2)定位套筒 定位套筒裝在夾具體上，用以支承外圓表面，起定 位作用。 定位元件結構簡單，但定心精度不高，當工件外圓 與定位孔配合較松時，還易使工件偏斜，因而，常 采用套筒內孔與端面一起定位，以減少偏斜。若工 件端面較大，為避免過定位，定位孔應做短些。 第二節 工件在夾具中的定位 (3)半圓孔定位座 將同一圓周面的孔分成兩半圓，下半圓部分裝在夾 具體上，起定位作用，上半圓部分裝在可卸式或鉸 鏈式蓋上，起夾緊作用，半圓孔定位座適用于大型 軸類工件的定